(57)【要約】  【課題】  電極を渦巻き状に捲回する電池の電池容量を増加させる。  【解決手段】  電解質を介して正極（正極集電体１、正極活剤層２）と、負極（負極集電体７、負極合剤層）とが渦巻き状に捲回される。捲回電極群の巻き終わり側の端部の近傍に正極側のリード端子８と負極側のリード端子９とが固着される。リード端子８および９がリード導出側の側面２２の中央部ではなく、面２３側に偏った位置から外部に導出される。ここで、面２３は、外装材３１に形成された凹部３２の開口側に露出する面である。したがって、電池素子２１がアルミラミネートの外装材３１の凹部３２に挿入される場合に、リード端子８および９を折り曲げることが不要となり、直線状に外装材３１の外部に導出でき、短絡防止のための絶縁材を不要とできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状に捲回された電極群を有する電池素子が外装材に作成された凹部に挿入され、上記凹部の開口を外装材で覆うようにした電極捲回型電池において、
正極リード端子および負極リード端子が上記電極群の最外周側であって、上記開口から露呈する側に配置され、直線状に外部に外装材の外部に導出された電極捲回型電池。
【請求項２】
請求項１記載において、
電池素子は、電解質として固体電界質を使用する電極捲回型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極捲回型電池に関し、特に、電解質層と正電極と負電極とが捲回等により積層された構造を有するリチウムイオンポリマー二次電池などの電極捲回型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants) 等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン電池が広く使用されている。
【０００３】
さらに、液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対策として、例えば電解質として、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状高分子膜を用いたもの、或いは全固体状の電解質を用いた、リチウムイオンポリマー二次電池が実用化されている。
【０００４】
ポリマーリチウムイオン電池は、正極、負極、ポリマー電解質を有し、正極および負極からそれぞれリードが導出された電池素子が外装材例えばアルミラミネートで被覆されたセルの構成とされている。さらに、セルが回路部がマウントされた配線基板と共に、上下のケースからなる箱型のプラスチックモールドケース内に収納される構成とされている。
【０００５】
ポリマーリチウムイオン電池は、反応面積を大きくして内部抵抗を下げる構造とする必要がある。したがって、ポリマーリチウムイオン電池を形成する場合には、形成する電池の厚みに応じて複数枚の電極を渦巻き状に捲回して反応面積を大きくしている。本明細書では、このような複数枚の電極を渦巻き状に捲回した構造を有する電池を電極捲回型電池と称する。
【０００６】
図４は、この発明を適用できる従来の捲回型電池の一例であるポリマーリチウムイオン二次電池を示す。リチウムイオンポリマー二次電池は、電解質を介した正極と負極とが捲回によって交互に積層された構成とされている。正極は、正極集電体１と、正極集電体１に形成された正極活剤層２とから構成されている。負極は、負極集電体７と、負極集電体７に形成された負極合剤層６とから構成されている。
【０００７】
電解質は、セパレータ４によって正極側の電解質層３と負極側の電解質層５とに分かれた構造とされている。また、正極側のリード端子８および負極側のリード端子９と、被覆材（保護テープ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇとを、その内部の主要構造として有している。
【０００８】
図５は、図４に示すリチウムイオンポリマー二次電池の積層部分を拡大したものである。正極１１および負極１２は、それぞれ電池正極および電池負極である。正極１１は、正極集電体１および正極活剤層２によって構成されている。正極集電体１は、アルミニウムなどを材料とする金属箔である。正極活剤層２は、リチウム、コバルト、マンガン、ニッケル、カドミウム、黒鉛グラファイト等の活物質や正極集電体１に被着するための結着剤などを含む膜材である。
【０００９】
負極１２は、負極集電体７および負極合剤層６によって構成されている。負極集電体７は、銅などを材料とする金属箔である。負極合剤層６は、炭素材料等の活物質や負極集電体７に被着するための結着剤などを含む膜材である。
【００１０】
電解質１３を構成する電解質層３および電解質層５は、ゲル状の高分子で構成され、電解質層として好適な電気化学的特性を有すると共に、電解質が液状になって漏洩することなく、かつ折り曲げや撓みに対して許容性のあるゲル状の材料で構成されている。このような特質を満たすものとしては、例えば高分子マトリックス中に電解質を均質に分散させたものなどが好適である。なお、電解質１３は、セパレータ４によって、電解質層３と電解質層５とに分けられている。
【００１１】
セパレータ４は、電解質層３と電解質層５とが入り交じることのないように両者を分離するものであって、かつ正極１１と負極１２との間でイオンを実用上十分自由に移動させることができるような材質のもので、例えば微多孔性ポリプロピレンなどが使用される。
【００１２】
上述した被覆材（保護テープ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇは、経年変化や外部から押圧力が印加されたことなどに起因して正電極と負電極とが電気的に短絡することを防止するために設けられている。
【００１３】
下記の特許文献１には、正電極および負電極のうち少なくともいずれか一方の電極の端部の位置のうち少なくとも電解質層からその外部に露出している位置に対向する他方の電極上を覆う絶縁性の被覆材を備えた構造のリチウムイオン電池が記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−２６６９４６号公報
【００１５】
図６に示すように、複数の電極を渦巻き状に巻回した電極群に対して正負のリード電極が固着され、さらに、偏平状に作成した電池素子４１がアルミラミネートの外装材３１によって被覆される。外装材３１は、打ち出し成形で形成された凹部３２およびテラス部３３を有する。図示を省略しているが、凹部３２の開口を覆うように、外装材３１の未加工部分が折り返される。外装材３１の凹部３２に対して電池素子５１が挿入され、凹部３２の開口を図示を省略した折り返し部で覆い、開口外周部において、折り返し部が熱溶着される。
【００１６】
従来では、正極側のリード端子８が正極集電体１の巻き始め側の正極活剤層２の未塗布部に固着され、負極側のリード端子９が負極集電体７の巻き始め側の負極活剤層２の未塗布部に固着されていた。負極側のリード端子９は、負極集電体７の巻き終わり側の負極活剤層２の未塗布部に固着される場合もあった。いずれの場合でも、少なくとも正極リード端子８が渦巻き状電極群の中心付近から外へ突出したものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
外装材３１の凹部３２に挿入する密封構造の場合では、中心付近から突出されているリード端子８，９を凹部３２の外へ導出するために、図６および図７に示すように、電池素子４１のリード導出側の側面４２の近傍でＬ字型に折り曲げる必要があった。参照符号４３は、電池素子４１は、凹部３２に挿入されたときに凹部３２の開口側に位置する面を示す。
【００１８】
このように折り曲げられたリード端子例えば正極リード端子８は、電池素子５１を凹部３２に挿入する際に捲回電極群側に押し込まれ、側面４２において電極群と接触し、リード端子および捲回電極群の短絡が生じるおそれがあった。
【００１９】
短絡を防止するために、従来では、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、正極集電体１の巻き始め側の正極活剤層２の未塗布部に固着されるリード端子８に対して、絶縁材としての保護テープ５１を重ねるようにしていた（図４参照）。または、図８Ｂに示すように、側面４２を覆う絶縁板５２を設けるようにしていた。
【００２０】
このような従来の構成では、リード端子８をＬ字に折り曲げる空間を必要とした。また、保護テープ５１を重ねるために、電池素子４１の厚みの増加を招き、制約された厚みの条件下では、捲回数の減少、すなわち、電池容量の低下を引き起こす問題があった。また、絶縁板５２を配置する場合には、リード端子８をＬ字に折り曲げる空間に加えて絶縁板５２のための空間が必要となり、電池の長さ（幅）が制約されている条件下では、電極群の幅が減少し、電池容量の低下を引き起こす問題があった。
【００２１】
したがって、この発明の目的は、リード電極をＬ字形に折り曲げること、リード電極と捲回電極群の短絡を防止するために、保護テープまたは絶縁板を設けることに起因して、電池容量が低下することをを防止することができる電極捲回型電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した課題を解決するために、この発明は、渦巻き状に捲回された電極群を有する電池素子が外装材に作成された凹部に挿入され、凹部の開口を外装材で覆うようにした電極捲回型電池において、
正極リード端子および負極リード端子が電極群の最外周側であって、開口から露呈する側に配置され、直線状に外部に外装材の外部に導出された電極捲回型電池である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明では、外装材に形成された凹部に電池素子を挿入する場合、リード電極を折り曲げずに直線状に外装材の外部に導出できる。したがって、リード電極と捲回された電極群との短絡を防止するために、絶縁テープをリード電極に重ねたり、電池素子の側面に絶縁板を配置する必要がなくなる。それによって、電池容量の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態による電極捲回型電池について図面を参照して説明する。この発明の実施形態における電極捲回型電池とは、正極と負極とが電解質を介して交互に積層された状態で捲回された構造を有する電池のことをいう。以下、リチウムイオンポリマー二次電池を例にして、一実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、捲回により電極が積層されたリチウムイオンポリマー二次電池の一例を示す。図１に示すリチウムイオンポリマー二次電池は、電解質を介した正極と負極とが渦巻き状に捲回されることによって交互に積層された構成とされている。正極は、正極集電体１と、正極集電体１に形成された正極活剤層２とから構成されている。負極は、負極集電体７と、負極集電体７に形成された負極合剤層６とから構成されている。電解質は、セパレータ４によって正極側の電解質層３と負極側の電解質層５とに分かれた構造とされている。また、電極間の短絡の防止のための被覆材（保護テープ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇとを有している。
【００２６】
一実施形態では、捲回電極群の巻き終わり側の端部の近傍に正極側のリード端子８と負極側のリード端子９とを固着している。正極リード端子８は、正極集電体１の未塗布部に対して溶接等で固着される。負極リード端子９は、負極集電体７の未塗布部に対して溶接等で固着される。
【００２７】
リード端子８およびリード端子９は、共に捲回構造で発生した起電力を外部に取り出すためのものである。リード端子８およびリード端子９は、従来のリチウムイオンポリマー二次電池と同様の構成であり、導電性が良好でかつ積層構造内部の化学反応に対して耐久性を備えたアルミニウム、アルミニウム含有合金、白金、白金含有合金、金、金含有合金などを材料とする薄板で構成されている。リード端子８は、正極集電体１の捲回終了側の端部に溶接などにより接合されて設けられている。リード端子９は、負極集電体７の捲回終了側の端部に溶接などにより接合されて設けられている。捲回終了側とは、捲回の巻き終わりとなる外周側のことをいう。
【００２８】
このように、巻き終わり側にリード端子８および９を固着することによって、図２に示すように、リード端子８および９がリード導出側の側面２２の中央部ではなく、面２３側に偏った位置から外部に導出されることになる。ここで、面２３は、外装材３１に形成された凹部３２の開口側に露出する面である。
【００２９】
したがって、図３に示すように、複数の電極を渦巻き状に巻回した電極群にリード端子を設け、さらに、偏平状に作成した電池素子２１がアルミラミネートの外装材３１の凹部３２に挿入される場合に、リード端子８および９を折り曲げることが不要となり、直線状で外装材３１の外部に導出できる。したがって、リードを折り曲げるための空間、リードと電極群との短絡防止のための絶縁材を不要とでき、電池の体積エネルギー密度を従来に比して向上させることができる。
【００３０】
従来と同様に、図示を省略した折り返し部（リード端子導出面と反対面、または側面の少なくとも一方と連結した外装材）で凹部３２の開口を覆い、テラス部３３を含む開口外周部において、折り返し部が熱溶着される。なお、凹部３２に挿入された電池素子２１を封止するために、折り返し部以外の外装材を使用しても良い。また、熱溶着以外の接着等の方法を使用しても良い。
【００３１】
外装材３１は、接着層としてのポリプロピレン（ＰＰ）層、金属層としてのアルミ金属層および表面保護層としてのナイロン層またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層を有する。ポリプロピレン層は、ポリマー電解質の変質を防ぐ機能を有する。ポリプロピレン層として、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）等が使用される。アルミ金属層は、内部への水分の侵入を防ぐ機能を有する。ナイロン層またはＰＥＴ層は、表面保護の機能を有する。
【００３２】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述した実施形態では、電極を反物状に捲回する偏平型の電池について説明したが、これに限らず、円筒状に捲回する筒形の電池や角状に捲回する角形の電池などに適用してもよい。また、正極および負極の一方のリード端子のみが捲回電極群の中心付近から導出された構成の電池に対してこの発明を適用しても良い。
【００３３】
また、上述した実施形態では、電極積層型電池として電解質がゲル状のリチウムイオンポリマー二次電池を例にして説明したが、これに限らず、上述したような概要構成の電池であれば、再充電および再放電を行わない一次電池や電解質が液状のリチウムイオン二次電池などにも適用することができる。例えば電解質層が高分子固体電解質以外の材質からなるものであっても、材質がゲル状または可塑性の電解質や、可撓性の良好な材質からなる電極等を備えたものなどであれば、どのようなものでも適用可能である。あるいは正電極や負電極の材質、リード端子に用いられる金属材料等についても、上述した実施形態に示したもののみには限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施形態によるリチウムイオンポリマー二次電池の概要的構成を示す略線図である。
【図２】この発明の一実施形態のリード電極取り出し構成を示す略線図である。
【図３】この発明の一実施形態の外装材により被覆する構成を説明するための略線図である。
【図４】この発明を適用できる従来のリチウムイオンポリマー二次電池の概要的構成を示す略線図である。
【図５】リチウムイオンポリマー二次電池の積層部分の拡大図である。
【図６】従来の構成の電池素子を外装材により被覆する構成を説明するための略線図である。
【図７】従来の構成の電池素子のリード電極取り出し構成を示す略線図である。
【図８】従来の構成の電池素子のリード電極取り出し構成を示す略線図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・正極集電体、２・・・正極活剤層、３・・・正極側電解質層、４・・・セパレータ、５・・・負極側電解質層、６・・・負極合剤層、７・・・負極集電体、８・・・正極側リード端子、９・・・負極側リード端子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ・・・被覆材（保護テープ）、１１・・・正極、１２・・・負極、１３・・・電解質、２１・・・電池素子、３１・・・外装材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月18日(2005.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き状に捲回された電極群を有する電池素子が外装材に作成された凹部に挿入され、上記凹部の開口を外装材で覆うようにした電極捲回型電池において、
正極リード端子および負極リード端子が上記電極群の最外周側であって、上記開口から露呈する側に配置され、直線状に外装材の外部に導出された電極捲回型電池。
【請求項２】
請求項１記載において、
電池素子は、電解質として固体電界質を使用する電極捲回型電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上述した課題を解決するために、この発明は、渦巻き状に捲回された電極群を有する電池素子が外装材に作成された凹部に挿入され、凹部の開口を外装材で覆うようにした電極捲回型電池において、
正極リード端子および負極リード端子が電極群の最外周側であって、開口から露呈する側に配置され、直線状に外装材の外部に導出された電極捲回型電池である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図１は、捲回により電極が積層されたリチウムイオンポリマー二次電池の一例を示す。図１に示すリチウムイオンポリマー二次電池は、電解質を介した正極と負極とが渦巻き状に捲回されることによって交互に積層された構成とされている。正極は、正極集電体１と、正極集電体１に形成された正極活剤層２とから構成されている。正極活剤層２は、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。負極は、負極集電体７と、負極集電体７に形成された負極合剤層６とから構成されている。負極合剤層６は、負極活物質として１種または２種以上の炭素材料を含んでおり、更に必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。炭素材料は例えばリチウムを吸蔵および離脱することが可能であると共に、充放電時に伴う結晶構造の変化が非常に少なく、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。炭素材料についてより具体的に例示すれば、熱分解炭素類，コークス類，グラファイト類，ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体，炭素繊維，活性炭あるいはカーボンブラック類などがある。電解質は、セパレータ４によって正極側の電解質層３と負極側の電解質層５とに分かれた構造とされている。電解質層は、本実施の形態に係る電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。また、電極間の短絡の防止のための被覆材（保護テープ）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇが設けられている。